Топологическое проектирование масштабируемых микросхем

Принцип пропорциональной миниатюризации предполагает масштабное уменьшение активной части транзисторной МОП - структуры. Однако он не определяет конкретные размеры элементов. Для того чтобы структура микросхемы стала масштабируемой, все планарные размеры должны соотноситься между собой в установленных пропорциях.

В начале 1980-х годов К. Мид и Л. Конвей предложили новый метод топологического проектирования масштабируемых структур. В этом методе единицей измерения размера служит универсальная единица – l. Для каждого конкретного технологического маршрута l определяется как величина, строго превышающая максимально допустимое смещение границы любого топологического элемента. Величина l должна быть кратной шагу координатной сетки системы топологического проектирования. Обычно используется сетка проектирования с шагом 1 нм.

Правила проектирования Мида и Конвей включают таблицу топологических ограничений для размеров элементов и зазоров между ними. Минимальный размер элемента не может быть меньше 2 l. Минимальный зазор также не может быть меньше 2 l. Допустимые размеры и зазоры увеличиваются в 1,5 раза для системы металлизации. Ограничения учитывают увеличение размеров диффузионных областей с учетом коэффициента масштабирования.

Ограничения размеров в соответствии с этими правилами не являются минимальными. Они универсальные и позволяют выполнять масштабное уменьшение размеров элементов без нарушения проектных норм. Однако в структуре любой микросхемы остаются элементы, которые нельзя уменьшать масштабно: цепи питания, контактные площадки и разделительные дорожки. Ширина проводников в цепях питания должна быть достаточной для предотвращения явления электромиграции. Предельная плотность тока в алюминиевом проводнике 10⁵ А/см² (1 мА/мкм²). При масштабировании ток схемы обычно сохраняется, а сечение проводников уменьшается. Система питания требует дополнительного расчета и перепроектирования. Размеры контактных площадок определяются технологией сборки в корпуса. Ширина разделительной дорожки также определена технологией резки пластин. Размеры площадок и разделительных дорожек уменьшаются медленнее, чем размеры транзисторов. Переход к новым проектным нормам путем масштабного преобразования топологии микросхемы возможен только для внутренней части микросхемы. Периферийная область требует повторного проектирования с учетом требований сборочных операций и надежности.